Resistencia a herbivoría en interacciones planta-microorganismo
Durante los procesos de sucesión, el acondicionamiento del suelo por las diferentes comunidades de plantas puede contribuir a cambios en la interacción planta-herbívoro, además de modificar la calidad nutricional y las defensas de la planta. Sin embargo, debido a los tiempos de generación tan cortos, los microorganismos del suelo tienen el potencial de adaptarse mucho más rápido a presiones de selección que las plantas y, por lo tanto, pueden dirigir los cambios ecológicos durante la sucesión.
La hipótesis de este trabajo establece que cambios observados en un gradiente de sucesión podrían ser parcialmente mediados por cambios sucesionales en la microbiota del suelo y sus interacciones con la planta. Se caracterizaron cambios en la herbivoría por Trirhabda virgata en Solidago altissima y en las comunidades microbianas de raíz, así como en sus interacciones con la planta, en un antiguo campo de cultivo de maíz. En ese campo se permitió el crecimiento de plantas de las zona (S. altissima) durante 6 años, seguido nuevamente de cultivo de maíz por 3 años para reiniciar la secuencia.
Las muestras de suelo se analizaron en cada estado sucesional para determinar su pH, contenido orgánico, contenido de nutrientes y respiración. La biomasa se determinó usando valores de C y N microbiano (fumigación por cloroformo) y se tomaron muestras de rizósfera para la secuenciación del gen 16S rRNA y la región ITS2. Como medida de resistencia a herbivoría se cuantificó la eficiencia de asimilación de biomasa de las porciones de hoja de S. altissima consumidas por las larvas de T. virgata en cada planta, colocando porciones de hoja equidistantes a las larvas en cajas Petri para su libre consumo.
Los resultados muestran que las plantas de S. altissima de los últimos estados sucesionales fueron las más resistentes a herbivoría y las de estados intermedios las más susceptibles, tanto en el porcentaje de hojas dañadas en campo como en los ensayos de preferencia realizados en laboratorio con larvas.
En cuanto a la composición de las comunidades microbianas, hubo un incremento en la abundancia de basidiomicetos, capaces de degradar lignina, la cual puede incrementar en el suelo conforme envejecen las plantas del campo. El resto de fluctuaciones sutiles detectadas en la composición de las comunidades microbianas puede deberse a la edad de las plantas a lo largo de la sucesión. De igual manera, los daños causados en las hojas en los estados intermedios, puden generar cambios en los exudados de raíz del suelo como consecuencia de la priorización de mecanismos de defensa de la planta. El consumo de hojas también disminuye la cantidad de biomasa que cae al suelo, afectando los ciclos de nutrientes en el suelo.
Muchos de los cambios observados se pueden explicar por factores ambientales y no necesariamente como un efecto del microbioma. Para poder determinar el papel de los microorganismos se obtuvieron muestras de los años 2, 6 y 15 de la sucesión para inocular en plantas en invernadero. También se evaluó la preferencia de T. virgata por plantas crecidas con distintos inóculos, así como su producción de compuestos fenólicos y diterpenos.
Los resultados de este experimento demuestran que los microorganismos son capaces de modificar la resistencia a herbivoría de las plantas. Aquellas plantas inoculadas con microbioma de las últimas etapas de la sucesión presentaron mayores niveles de resistencia, corroborando lo observado en campo. A pesar de que no hubo grandes diferencias en cuanto a los perfiles de metabolitos secundarios, se detectaron algunas variaciones en compuesto diterpénicos dependiendo de la procedencia del inóculo. Profundizar más en estos perfiles metabólicos puede ayudar a determinar los compuestos que atraen a los insectos y esclarecer si hay alguna ruta particular que conecte su producción con la composición de las comunidades microbianas del suelo.
Referencia: Howard, M., Kao-Kniffin, J., Kessler, A. (2020) Shifts in plant–microbe interactions over community succession and their effects on plant resistance to herbivores. New Phytologist. 226: 1144–1157.
